一種用于木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸及內(nèi)部缺陷的無損檢測方法與流程

本發(fā)明涉及一種用于木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸及內(nèi)部缺陷的阻力儀檢測方法，具體涉及木結(jié)構(gòu)古建筑、新建傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的檢測與加固。

背景技術(shù)：

木結(jié)構(gòu)建筑是我國的傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過歲月和戰(zhàn)火的洗禮，留存至今的木結(jié)構(gòu)建筑仍有不少，其中不乏珍貴的歷史建筑和文物建筑。如何科學(xué)合理的對傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行檢測，評估其結(jié)構(gòu)性能，是傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑保護(hù)修繕的重要前提。

榫卯節(jié)點(diǎn)是傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位，它用于傳遞結(jié)構(gòu)剪力以及彎矩，其性能的優(yōu)劣決定了整體建筑的結(jié)構(gòu)性能好壞。由于榫卯節(jié)點(diǎn)的隱蔽性，在實(shí)際工程現(xiàn)場檢測中，常忽視了榫卯節(jié)點(diǎn)的檢測，或者只對榫卯節(jié)點(diǎn)外部狀況(密實(shí)度、是否存在拔榫)等進(jìn)行檢測，無法真實(shí)、有效的對榫卯節(jié)點(diǎn)現(xiàn)存狀態(tài)及性能進(jìn)行評估，進(jìn)而影響到對木結(jié)構(gòu)建筑整體結(jié)構(gòu)性能檢測評估的準(zhǔn)確性。

無損檢測方法不同于傳統(tǒng)的檢測方法，它講求最大程度地保留建筑原狀，并盡可能地減少對被測木構(gòu)件的破壞。對于在役木結(jié)構(gòu)建筑，如何在不破壞木構(gòu)件材料本身和原有結(jié)構(gòu)的前提下，可以現(xiàn)場有效、快速、科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測出在役木結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的缺陷，確定其剩余強(qiáng)度。阻力儀檢測技術(shù)一種無損檢測技術(shù)，是利用微型鉆針在電動機(jī)驅(qū)動下，以恒定速率鉆入木材內(nèi)部產(chǎn)生相對阻力的大小反映出其密度的變化，通過微機(jī)系統(tǒng)采集鉆針在木材中產(chǎn)生的阻力參數(shù)并計(jì)算后，顯示出阻力曲線圖像。使用者根據(jù)顯示的阻力曲線并結(jié)合木材學(xué)知識便可判斷出早晚材密度、年輪數(shù)，以及木材內(nèi)部腐朽、裂縫、蟲蛀、白蟻危害等具體狀況。在測定過程中，鉆針在木材上只需鉆一個(gè)孔徑為3mm左右的孔即可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種用于木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸及內(nèi)部缺陷的無損檢測方法，該方法可以通過微鉆阻力無損檢測的方法，測量出榫卯節(jié)點(diǎn)內(nèi)部榫頭卯口的尺寸，同時(shí)也可以判斷榫卯內(nèi)部是否存在拔榫、間隙、腐朽等缺陷，解決了木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)難以檢測的難題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸及內(nèi)部缺陷的無損檢測方法，包括以下步驟：

第一步驟，榫頭長度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的木柱的外表面確定位置一，位置一對準(zhǔn)榫頭長度方向的中心，在位置一處采用微鉆阻力儀沿木柱直徑方向水平鉆入探針，探針從木柱橫紋徑向方向進(jìn)入，沿榫頭的順紋方向鉆入榫頭，探針須平行榫頭或卯口打入，打入深度須覆蓋榫頭；

將位置一上、下分別垂直偏移30mm～50mm，得到位置二和位置三，按照步驟一的方法重新鉆入探針，多次測量以減少誤差；探針鉆入榫頭后通過阻力幅值變化以及阻力曲線波形變化，確定出探針從木柱表面直至接觸榫頭表面的阻力變化起始點(diǎn)，從而計(jì)算出榫頭的長度L＝D-S_ac；其中D為木柱直徑，S_ac為阻力值起點(diǎn)a至阻力值變化點(diǎn)c的距離；

第二步驟，榫頭寬度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的木柱的外表面確定位置四、位置五、位置六、位置七；位置四、位置五、位置六、位置七對應(yīng)榫頭的側(cè)面，并處在一條水平直線上，相鄰間距為30mm～50mm，在位置四、位置五、位置六、位置七處采用微鉆阻力儀沿木柱直徑方向水平鉆入探針，探針垂直于榫頭鉆入，鉆入順序?yàn)槟局鶛M紋徑向—榫頭橫紋弦向—木柱橫紋徑向，根據(jù)阻力的幅值和波形的變化，計(jì)算出榫頭的寬度B＝S_de，S_de為阻力值變化點(diǎn)d至阻力值變化點(diǎn)e的距離；

第三步驟，榫頭高度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)處梁底下面的木柱外表面上確定位置八，采用微鉆阻力儀沿與木柱成角度α方向鉆入探針，鉆入順序?yàn)槟局奔y—榫頭底面斜紋—榫頭頂面斜紋—木柱斜紋，角度α盡可能偏小，能夠使得探針上下貫穿榫頭，可測算出榫頭高度尺寸，榫卯高度H＝S_fg×cosα，S_fg為探針從榫頭下表面至榫頭上表面的距離；

第四步驟，阻力儀缺陷判定：

阻力儀檢測曲線與探針的進(jìn)入過程同步進(jìn)行，阻力儀檢測值的高低與走勢反應(yīng)了木構(gòu)件的健康狀況。阻力儀檢測曲線中阻力儀檢測值較高、早晚材(曲線中表現(xiàn)為波谷和波峰)差異明顯的為健康區(qū)域，阻力儀檢測曲線中阻力儀檢測值較低、早晚材差異變小的為缺陷區(qū)域。阻力值保留率＝缺陷部位阻力儀檢測值/健康部位阻力儀檢測值×100％，計(jì)算出阻力值保留率<30％的位置確定縫隙或空洞位置，阻力值曲線中早晚材變化不可識別；當(dāng)阻力值保留率在30％～70％的位置確定腐朽位置，阻力儀曲線中早晚材所對應(yīng)的阻力儀檢測值差異變小。

本發(fā)明采用的技術(shù)原理是通過阻力儀的探針鉆入節(jié)點(diǎn)內(nèi)部時(shí)阻力值的變化，根據(jù)不同阻力值曲線圖，進(jìn)行榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸的測定以及內(nèi)部缺陷的判別。當(dāng)阻力值曲線存在明顯的局部斷裂式的下降，表示探針經(jīng)過處存在間隙或者缺陷；當(dāng)阻力值曲線發(fā)生阻力值的變化且比較連續(xù)，表示探針連續(xù)穿過不同的木材或者同一木材不同的紋理方向。

本發(fā)明具體涉及基于阻力儀無損檢測榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸和內(nèi)部缺陷的檢測方法，克服傳統(tǒng)的檢測方法局限性，更講求最大程度地保留建筑原狀，并盡可能地減少對被測木構(gòu)件的破壞。對于在役木結(jié)構(gòu)建筑，該檢測方法可以現(xiàn)場有效、快速、科學(xué)、準(zhǔn)確地檢測出在役木結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的缺陷。評估出的結(jié)果可以為木結(jié)構(gòu)建筑維護(hù)和修復(fù)提供參考的依據(jù)。

有益效果：本發(fā)明的檢測方法，不受現(xiàn)有檢測方法拆卸的局限，可在原有結(jié)構(gòu)上直接操作，對于不同類型木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)不僅能夠無破壞狀態(tài)下檢測，而且檢測數(shù)據(jù)可靠精確。施工方面經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，減少現(xiàn)場的施工工作量，施工方便簡單，在歷史建筑、古建筑中使用具有廣闊的加固應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1a為榫卯節(jié)點(diǎn)缺陷檢測俯視圖；

圖1b為榫卯節(jié)點(diǎn)缺陷檢測側(cè)視圖一；

圖1c為榫卯節(jié)點(diǎn)缺陷檢測側(cè)視圖二；

圖2為榫頭長度方向阻力值曲線；

圖3為榫頭寬度方向阻力值曲線；

圖4為榫頭高度方向阻力值曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1a—圖1c所示，一種用于木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)尺寸及內(nèi)部缺陷的無損檢測方法，包括以下步驟：

第一步驟，榫頭長度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的木柱的外表面確定位置一1，位置一1對準(zhǔn)榫頭長度方向的中心，在位置一1處采用微鉆阻力儀沿木柱直徑方向水平鉆入探針，探針從木柱橫紋徑向方向進(jìn)入，沿榫頭的順紋方向鉆入榫頭，探針須平行榫頭或卯口打入，打入深度須覆蓋榫頭；

將位置一1上、下分別垂直偏移30mm～50mm，得到位置二2和位置三1，按照步驟一的方法重新鉆入探針，多次測量以減少誤差；探針鉆入榫頭后通過阻力幅值變化以及阻力曲線波形變化，確定出探針從木柱表面直至接觸榫頭表面的阻力變化起始點(diǎn)，從而計(jì)算出榫頭的長度L＝D-S_ac；其中D為木柱直徑，S_ac為阻力值起點(diǎn)a至阻力值變化點(diǎn)c的距離。

如圖2所示，為榫卯節(jié)點(diǎn)沿榫頭縱向阻力儀曲線，探針沿木材橫紋方向鉆入，由于木材早晚材密度差異，阻力值曲線9波形幅值波動較大；經(jīng)過曲線10時(shí)，阻力值有明細(xì)的下降，表示該處有間隙；進(jìn)入曲線11,阻力值的平均值相對較高且波動小，表示探針已鉆入榫頭。

第二步驟，榫頭寬度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的木柱的外表面確定位置四4、位置五5、位置六6、位置七7；位置四4、位置五5、位置六6、位置七7對應(yīng)榫頭的側(cè)面，并處在一條水平直線上，相鄰間距為30mm～50mm，在位置四4、位置五5、位置六6、位置七7處采用微鉆阻力儀沿木柱直徑方向水平鉆入探針，探針垂直于榫頭鉆入，鉆入順序?yàn)槟局鶛M紋徑向—榫頭橫紋弦向—木柱橫紋徑向，根據(jù)阻力的幅值和波形的變化，計(jì)算出榫頭的寬度B＝S_de，S_de為阻力值變化點(diǎn)d至阻力值變化點(diǎn)e的距離，如圖3所示。

第三步驟，榫頭高度方向檢測：

在被測木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)處梁底下面的木柱外表面上確定位置八8，采用微鉆阻力儀沿與木柱成角度α方向鉆入探針，鉆入順序?yàn)槟局奔y—榫頭底面斜紋—榫頭頂面斜紋—木柱斜紋，角度α盡可能偏小，能夠使得探針上下貫穿榫頭，可測算出榫頭高度尺寸，榫卯高度H＝S_fg×cosα，S_fg為探針從榫頭下表面至榫頭上表面的距離，如圖4所示。

第四步驟，阻力儀缺陷判定：

阻力儀檢測曲線與探針的進(jìn)入過程同步進(jìn)行，如圖2曲線圖的橫坐標(biāo)為探針進(jìn)入木材的深度，縱坐標(biāo)為阻力儀檢測值，阻力儀檢測值的高低與走勢反應(yīng)了木構(gòu)件的健康狀況。阻力儀檢測曲線中阻力儀檢測值較高、早晚材(曲線中表現(xiàn)為波谷和波峰)差異明顯的為健康區(qū)域，阻力儀檢測曲線中阻力儀檢測值較低、早晚材差異變小的為缺陷區(qū)域。阻力值保留率＝缺陷部位阻力儀檢測值/健康部位阻力儀檢測值×100％，計(jì)算出阻力值保留率<30％的位置確定縫隙或空洞位置，阻力值曲線中早晚材變化不可識別；當(dāng)阻力值保留率在30％～70％的位置確定腐朽位置，阻力儀曲線中早晚材所對應(yīng)的阻力儀檢測值差異變小。

本發(fā)明將探針設(shè)備頭部放在預(yù)定的位置，緊密可靠地接觸被測木構(gòu)件的表面，開啟電源，按住進(jìn)入開關(guān)，馬達(dá)啟動后，設(shè)備開始工作，用手緊緊地握住設(shè)備，被給予一定的壓力；當(dāng)探針刺出試件后，按住退出開關(guān)，等到探針完全退出木構(gòu)件，返回至原位置，打印機(jī)數(shù)據(jù)輸出完畢后，關(guān)閉電源。微鉆阻力試驗(yàn)完成后，將所測得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電腦中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過儀器自帶電纜，將電池組連接到裝有儀器分析軟件的電腦上，打開電池組開關(guān)，選擇相應(yīng)的按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。